CN115548182A - 一种led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LED芯片及其制作方法，实现了多个垂直结构发光单元的并联，可分流LED芯片的总电流，以降低LED芯片的整体电压；同时，将LED芯片刻蚀形成多个发光阵列，有效增大了侧面的出光面积，尤其对短波长的紫外LED芯片，更多TM模出光，具有明显的出光效果。此外，第一电极连通层设置于各所述分割道的底面且相互连通，并在靠近所述第一型半导体层的一侧表面具有电极引出区，从而使得第一电极不额外占据发光面积，同时通过第一电极连通层极大提升的电流扩展均匀性，保证LED发光的均匀性，进一步降低LED芯片的工作电压，提升电光转化效率。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管领域，尤其涉及一种LED芯片及其制作方法。
背景技术
LED作为一种新型固态发光光源，具有节能、环保、长寿、可使用安全低电压及造型多样性的优势。传统的LED是在蓝宝石衬底上制备的水平结构 LED，由于蓝宝石衬底不导电，因此其电流在外延层内横向传输，其p电极和n电极处在同侧，需要刻蚀p-GaN制备p电极，这样不仅减小了发光面积，同时由于金属电极的存在增大了遮光面积，极大地减少了LED的出光效率。同时，随着LED发光波长的缩短，特别是深紫外LED，MQWs发出的光TE 模逐渐减少，TM模占比增加，TM模主要平行与外延层传播，主要表现出侧面出光，LED的外量子效率会相应减少，常规倒装LED芯片结构对深紫外 LED的TM出光效果不佳。
因此，为了解决上述问题，通过采用衬底转移技术，将生长衬底上的LED 外延层通过键合、电镀等方法转移至光电性能更好的金属、高掺导电硅或者柔性衬底上，再采用激光剥离去除蓝宝石生长衬底，使LED芯片从n-GaN 面出光，这样不仅无须再进行对p-GaN进行刻蚀而减少发光面积，同时使n 电极和p电极分别位列于上下两个表面，使得电流在垂直方向传输，得到垂直结构LED芯片。垂直结构LED芯片由于减少了电极的遮光面积，提高了 LED芯片的发光效率，是非常适合用于制备大功率LED的一种芯片结构。
然而，本申请人在制造大尺寸的垂直结构LED芯片时发现，受目前外延材料质量的限制，穿透位错等缺陷可造成芯片失效，往往一个微小缺陷就造成整个LED芯粒的失效，所以LED芯片面积越大，芯片的整体良率就越低，芯片的价格也就越高。同时，由于LED外延半导体材料与空气存在较大的折射率差，从多量子阱(MQWs)中发出的光子能逃逸出LED表面的立体角很小，很大比例的光子在半导体材料形成的波导中传播并逐渐复合，最终一部分光子会从LED边缘出射。对于大芯粒LED而言，其比周长(周长/面积) 较小，侧壁出光的效果很差。
有鉴于此，本发明人专门设计了一种LED芯片及其制作方法，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED芯片及其制作方法，以解决垂直结构 LED芯片在大电流注入时稳定性及侧壁出光效果差的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种LED芯片，包括：
导电基板；
通过键合层键合形成于所述导电基板背面的发光结构，所述发光结构包括通过分割道相互独立的若干个发光阵列；其中，各所述发光阵列包括沿第一方向依次堆叠的第一型半导体层、有源层及第二型半导体层，所述第一方向垂直于所述导电基板，并由所述发光结构指向所述导电基板；所述分割道裸露所述第一型半导体层；
第二电极层，其层叠于各发光阵列所对应的第二型半导体层背离所述有源层的一侧表面；
第一电极连通层，其设置于各所述分割道的底面且相互连通；所述第一电极连通层靠近所述第一型半导体层的一侧表面具有电极引出区；
第一绝缘层，其覆盖各所述发光阵列、分割道以及第一电极连通层，且具有裸露所述第二电极层的通孔；
金属反射镜，其通过嵌入所述通孔的方式设置于所述发光结构的表面，并作为键合面；
第一电极，其设置于所述电极引出区，通过所述第一电极连通层与第一型半导体层形成接触。
优选地，在所述分割道的侧壁还设有第二绝缘层，所述第一电极连通层通过所述第二绝缘层与两侧发光阵列的侧壁绝缘设置，且所述第一绝缘层覆盖所述第二绝缘层。
优选地，所述金属反射镜延伸至所述第一绝缘层的表面，完全覆盖各所述发光阵列及分割道。
优选地，各所述发光阵列通过所述分割道被均匀布置。
优选地，所述导电基板包括Au、Ni、Al、Cu、W、Si、Se、GaAs中的一种或多种所组成的基板。
优选地，所述第二电极层和金属反射镜为金属反射材料，其包括铟、锡、铝、金、铂、锌、银、钛、铅、镍中的一种或多种。
优选地，所述第一型半导体层具有粗化表面。
优选地，所述LED芯片包括紫外LED芯片。
优选地，所述第一电极连通层远离两侧发光阵列的侧壁。
本发明还提供了一种LED芯片的制作方法，所述制作方法包括如下步骤：
S01、提供一生长衬底；
S02、生长发光结构，所述发光结构至少包括沿所述生长衬底表面依次堆叠的第一型半导体层、有源层和第二型半导体层；
S03、将所述发光结构蚀刻至部分所述第一型半导体层，形成通过分割道相互独立的若干个发光阵列；
S04、制作第二绝缘层，其覆盖所述发光结构，并裸露所述发光阵列的表面及所述分割道的底部；
S05、形成导电的第二电极层和第一电极连通层；
所述第二电极层，其层叠于各发光阵列的表面；
所述第一电极连通层，其设置于各所述分割道的底面且相互连通；
S06、形成第一绝缘层，其覆盖各所述发光阵列、分割道以及第一电极连通层，且具有裸露所述第二电极层的通孔；
S07、形成金属反射镜，其通过嵌入所述通孔的方式设置于所述发光结构的表面；
S08、提供一导电基板，并将所述金属反射镜并作为键合面，使所述发光结构通过键合层键合形成于所述导电基板的背面；
S09、去除所述生长衬底；
S10、通过刻蚀部分所述第一型半导体层至第一电极连通层，使所述第一电极连通层具有作为电极引出区的裸露面；
S11、通过粗化工艺，使所述第一型半导体层具有粗化表面；
S12、制作第一电极，其设置于所述电极引出区，通过所述第一电极连通层与第一型半导体层形成接触。
优选地，所述金属反射镜延伸至所述第一绝缘层的表面，完全覆盖各所述发光阵列及分割道。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的LED芯片，其包括：通过分割道相互独立的若干个发光阵列，在各发光阵列所对应的第二型半导体层背离所述有源层的一侧表面层叠有第二电极层，在各所述分割道的底面设有相互连通的第一电极连通层，且所述第一电极连通层靠近所述第一型半导体层的一侧表面具有电极引出区；还包括覆盖各所述发光阵列、分割道以及第一电极连通层且裸露所述第二电极层的第一绝缘层；金属反射镜，其通过嵌入所述通孔的方式设置于所述发光结构的表面，并作为键合面将所述导电基板与发光结构键合形成一体。从而，实现了多个垂直结构发光单元的并联，可分流LED芯片的总电流，以降低LED芯片的整体电压；同时，将LED芯片刻蚀形成多个发光阵列，有效增大了侧面的出光面积，尤其对短波长的紫外 LED芯片，更多TM模出光，具有明显的出光效果。此外，第一电极连通层设置于各所述分割道的底面且相互连通，并在靠近所述第一型半导体层的一侧表面具有电极引出区，从而使得第一电极不额外占据发光面积，同时通过第一电极连通层极大提升的电流扩展均匀性，保证LED发光的均匀性，进一步降低LED芯片的工作电压，提升电光转化效率。且，基于上述结构，外延叠层通过金属反射镜与导电基板实现连接，其产生的热量可以直接通过金属引出至导电基板及后续封装结构中的底部热沉，以增强LED的散热能力、提升其可靠性；同时，不仅解决了生长衬底吸光严重、导电性能差、机械性能差、散热性能弱等一系列问题；而且其电流走向近似为垂直方向，可以避免电流拥堵，能耐受较大的驱动电流。
进一步地，所述金属反射镜延伸至所述第一绝缘层的表面，完全覆盖各所述发光阵列及分割道；对垂直结构LED芯片的表面和侧面的出光均具有很好的反射效果，可进一步地提高LED芯片的外量子效率。
最后，在所述分割道的侧壁还设有第二绝缘层，所述第一电极连通层通过所述第二绝缘层与两侧发光阵列的侧壁绝缘设置，且所述第一绝缘层覆盖所述第二绝缘层；可更好地保证第一电极连通层与发光阵列侧壁的隔离。
本发明还提供了一种LED芯片的制作方法，在实现上述LED芯片的有益效果的同时，其工艺制作简单、便捷，便于生产化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1所提供的LED芯片的结构示意图；
图2.1至图2.12为本发明实施例所提供的LED芯片的制备方法步骤所对应的结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的制备方法步骤S06所对应的俯视示意图；
图中符号说明：1、生长衬底，2、第一型半导体层，3、有源层，4、第二型半导体层，5、第二电极层，6、第一电极连通层，7、第二绝缘层，8、第一绝缘层，9、金属反射镜，10、键合层，11、导电基板，12、第一电极， 13、分割道，14、通孔，15、电极引出区。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清晰，下面结合附图对本发明的内容作进一步说明。本发明不局限于该具体实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种LED芯片，包括：
导电基板11；
通过键合层10键合形成于导电基板11背面的发光结构，发光结构包括通过分割道13相互独立的若干个发光阵列；其中，各发光阵列包括沿第一方向依次堆叠的第一型半导体层2、有源层3及第二型半导体层4，第一方向垂直于导电基板11，并由发光结构指向导电基板11；分割道13裸露第一型半导体层2；
第二电极层5，其层叠于各发光阵列所对应的第二型半导体层4背离有源层3的一侧表面；
第一电极连通层6，其设置于各分割道13的底面且相互连通；第一电极连通层6靠近第一型半导体层2的一侧表面具有电极引出区15；
第一绝缘层8，其覆盖各发光阵列、分割道13以及第一电极连通层6，且具有裸露第二电极层5的通孔14；
金属反射镜9，其通过嵌入通孔14的方式设置于发光结构的表面，并作为键合面；
第一电极12，其设置于电极引出区15，通过第一电极连通层6与第一型半导体层2形成接触。
值得一提的是，发光结构的第一型半导体层2、有源层3以及第二型半导体层4的类型在本实施例的LED芯片也可以不受限制，例如，第一型半导体层2可以是但不限于N型氮化镓层，相应地，第二型半导体层4可以是但不限于P型氮化镓层。在本发明的一个实施例中，第一型半导体层2、有源层3以及第二型半导体层4作为深紫外LED的发光结构的应用。
需要说明的是，本发明实施例中，并不限定发光阵列的尺寸和个数，可根据产品需求(含尺寸、发光参数等)适应性地调整。
本发明实施例中，电极引出区15设置于LED芯片的一侧边缘。
本发明实施例中，在分割道13的侧壁还设有第二绝缘层7，第一电极连通层6通过第二绝缘层7与两侧发光阵列的侧壁绝缘设置，且第一绝缘层8 覆盖第二绝缘层7。
本发明实施例中，金属反射镜9延伸至第一绝缘层8的表面，完全覆盖各发光阵列及分割道13。
本发明实施例中，各发光阵列通过分割道13被均匀布置。
本发明实施例中，导电基板11包括Au、Ni、Al、Cu、W、Si、Se、GaAs 中的一种或多种所组成的基板。
本发明实施例中，第二电极层5和金属反射镜9为金属反射材料，其包括铟、锡、铝、金、铂、锌、银、钛、铅、镍中的一种或多种。
本发明实施例中，第一型半导体层2具有粗化表面。
优选地，LED芯片包括紫外LED芯片。
本发明实施例中，第一电极连通层6远离两侧发光阵列的侧壁。
本发明实施例还提供了一种LED芯片的制作方法，制作方法包括如下步骤：
S01、如图2.1所示，提供一生长衬底1；
S02、如图2.2所示，生长发光结构，发光结构至少包括沿生长衬底1表面依次堆叠的第一型半导体层2、有源层3和第二型半导体层4；
值得一提的是，发光结构的第一型半导体层2、有源层3以及第二型半导体层4的类型在本实施例的LED芯片也可以不受限制，例如，第一型半导体层2可以是但不限于N型氮化镓层，相应地，第二型半导体层4可以是但不限于P型氮化镓层；
在本发明的一个实施例中，第一型半导体层2、有源层3以及第二型半导体层4作为深紫外LED的发光结构的应用。
S03、如图2.3所示，将发光结构蚀刻至部分第一型半导体层2，形成通过分割道13相互独立的若干个发光阵列；
需要说明的是，本发明实施例中，并不限定发光阵列的尺寸和个数，可根据产品需求(含尺寸、发光参数等)适应性地调整。
S04、如图2.4所示，制作第二绝缘层7，其覆盖所述发光结构，并裸露发光阵列的表面及分割道13的底部；
S05、如图2.5所示，形成导电的第二电极层5和第一电极连通层6；
第二电极层5，其层叠于各发光阵列的表面；
第一电极连通层6，其设置于各分割道13的底面且相互连通；
为了更好地展示第一电极连通层6的连通，本实施例还附上了图3，需要说明的是，图2.6为图3所示的虚线框内所示部分的结构示意图。
S06、如图2.6所示，形成第一绝缘层8，其覆盖各发光阵列、分割道13 以及第一电极连通层6，且具有裸露第二电极层5的通孔14；
S07、如图2.7所示，形成金属反射镜9，其通过嵌入通孔14的方式设置于发光结构的表面；
S08、如图2.8所示，提供一导电基板11，并将金属反射镜9并作为键合面，使发光结构通过键合层10键合形成于导电基板11的背面；
S09、如图2.9所示，去除生长衬底1；
S10、如图2.10所示，通过刻蚀部分第一型半导体层2至第一电极连通层6，使第一电极连通层6具有作为电极引出区15的裸露面；
S11、如图2.11所示，通过粗化工艺，使第一型半导体层2具有粗化表面；
S12、如图2.12所示，制作第一电极12，其设置于电极引出区15，通过第一电极连通层6与第一型半导体层2形成接触。
本发明实施例中，金属反射镜9延伸至第一绝缘层8的表面，完全覆盖各发光阵列及分割道13。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的LED芯片，其包括：通过分割道13相互独立的若干个发光阵列，在各发光阵列所对应的第二型半导体层4 背离有源层3的一侧表面层叠有第二电极层5，在各分割道13的底面设有相互连通的第一电极连通层6，且第一电极连通层6靠近第一型半导体层2的一侧表面具有电极引出区15；还包括覆盖各发光阵列、分割道13以及第一电极连通层6且裸露第二电极层5的第一绝缘层8；金属反射镜9，其通过嵌入通孔14的方式设置于发光结构的表面，并作为键合面将导电基板11与发光结构键合形成一体。从而，实现了多个垂直结构发光单元的并联，可分流 LED芯片的总电流，以降低LED芯片的整体电压；同时，将LED芯片刻蚀形成多个发光阵列，有效增大了侧面的出光面积，尤其对短波长的紫外LED 芯片，更多TM模出光，具有明显的出光效果。此外，第一电极连通层6设置于各分割道13的底面且相互连通，并在靠近第一型半导体层2的一侧表面具有电极引出区15，从而使得第一电极12不额外占据发光面积，同时通过第一电极连通层6极大提升的电流扩展均匀性，保证LED发光的均匀性，进一步降低LED芯片的工作电压，提升电光转化效率。且，基于上述结构，外延叠层通过金属反射镜与导电基板实现连接，其产生的热量可以直接通过金属引出至导电基板及后续封装结构中的底部热沉，以增强LED的散热能力、提升其可靠性；同时，不仅解决了生长衬底吸光严重、导电性能差、机械性能差、散热性能弱等一系列问题；而且，另一方面其电流走向近似为垂直方向，可以避免电流拥堵，能耐受较大的驱动电流。
进一步地，金属反射镜9延伸至第一绝缘层8的表面，完全覆盖各发光阵列及分割道13；对垂直结构LED芯片的表面和侧面的出光均具有很好的反射效果，可进一步地提高LED芯片的外量子效率。
最后，在分割道13的侧壁还设有第二绝缘层7，第一电极连通层6通过第二绝缘层7与两侧发光阵列的侧壁绝缘设置，且第一绝缘层8覆盖第二绝缘层7；可更好地保证第一电极连通层6与发光阵列侧壁的隔离。
本发明还提供了一种LED芯片的制作方法，在实现上述LED芯片的有益效果的同时，其工艺制作简单、便捷，便于生产化。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (11)
1.一种LED芯片，其特征在于，包括：
导电基板；
通过键合层键合形成于所述导电基板背面的发光结构，所述发光结构包括通过分割道相互独立的若干个发光阵列；其中，各所述发光阵列包括沿第一方向依次堆叠的第一型半导体层、有源层及第二型半导体层，所述第一方向垂直于所述导电基板，并由所述发光结构指向所述导电基板；所述分割道裸露所述第一型半导体层；
第二电极层，其层叠于各发光阵列所对应的第二型半导体层背离所述有源层的一侧表面；
第一电极连通层，其设置于各所述分割道的底面且相互连通；所述第一电极连通层靠近所述第一型半导体层的一侧表面具有电极引出区；
第一绝缘层，其覆盖各所述发光阵列、分割道以及第一电极连通层，且具有裸露所述第二电极层的通孔；
金属反射镜，其通过嵌入所述通孔的方式设置于所述发光结构的表面，并作为键合面；
第一电极，其设置于所述电极引出区，通过所述第一电极连通层与第一型半导体层形成接触。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，在所述分割道的侧壁还设有第二绝缘层，所述第一电极连通层通过所述第二绝缘层与两侧发光阵列的侧壁绝缘设置，且所述第一绝缘层覆盖所述第二绝缘层。
3.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述金属反射镜延伸至所述第一绝缘层的表面，完全覆盖各所述发光阵列及分割道。
4.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，各所述发光阵列通过所述分割道被均匀布置。
5.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述导电基板包括Au、Ni、Al、Cu、W、Si、Se、GaAs中的一种或多种所组成的基板。
6.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第二电极层和金属反射镜为金属反射材料，其包括铟、锡、铝、金、铂、锌、银、钛、铅、镍中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第一型半导体层具有粗化表面。
8.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片包括紫外LED芯片。
9.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第一电极连通层远离两侧发光阵列的侧壁。
10.一种LED芯片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括如下步骤：
S01、提供一生长衬底；
S02、生长发光结构，所述发光结构至少包括沿所述生长衬底表面依次堆叠的第一型半导体层、有源层和第二型半导体层；
S03、将所述发光结构蚀刻至部分所述第一型半导体层，形成通过分割道相互独立的若干个发光阵列；
S04、制作第二绝缘层，其覆盖所述发光结构，并裸露所述发光阵列的表面及所述分割道的底部；
S05、形成导电的第二电极层和第一电极连通层；
所述第二电极层，其层叠于各发光阵列的表面；
所述第一电极连通层，其设置于各所述分割道的底面且相互连通；
S06、形成第一绝缘层，其覆盖各所述发光阵列、分割道以及第一电极连通层，且具有裸露所述第二电极层的通孔；
S07、形成金属反射镜，其通过嵌入所述通孔的方式设置于所述发光结构的表面；
S08、提供一导电基板，并将所述金属反射镜并作为键合面，使所述发光结构通过键合层键合形成于所述导电基板的背面；
S09、去除所述生长衬底；
S10、通过刻蚀部分所述第一型半导体层至第一电极连通层，使所述第一电极连通层具有作为电极引出区的裸露面；
S11、通过粗化工艺，使所述第一型半导体层具有粗化表面；
S12、制作第一电极，其设置于所述电极引出区，通过所述第一电极连通层与第一型半导体层形成接触。
11.根据权利要求10所述的LED芯片的制作方法，其特征在于，所述金属反射镜完全覆盖各所述发光阵列及分割道。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211213055.1A CN115548182A (zh) | 2022-09-29 | 2022-09-29 | 一种led芯片及其制作方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| CN115548182A true CN115548182A (zh) | 2022-12-30 |
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ID=84731957
Family Applications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115548182A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118248820A (zh) * | 2024-05-30 | 2024-06-25 | 晶能光电股份有限公司 | 一种Micro LED发光阵列及其制备方法 |
-
2022
- 2022-09-29 CN CN202211213055.1A patent/CN115548182A/zh active Pending
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